Drahtlose digitale Kommunikation: Funktionsprinzip der IQ-Modulation

Drahtlose digitale Kommunikation: Funktionsprinzip derIQ-Modulation
Die IQ-Modulation bildet die Grundlage verschiedener hochrangiger Modulationsverfahren, die im LTE- und WLAN-Bereich weit verbreitet sind, wie z. B. BPSK, QPSK, QAM16, QAM64, QAM256 usw. Das Verständnis des Funktionsprinzips der IQ-Modulation ist unerlässlich, um den zugrunde liegenden OFDM-Implementierungsmechanismus in LTE und WLAN besser zu verstehen. Da die auf jedem OFDM-Subträger verwendeten Modulationsverfahren weiterhin verschiedene QAM-Modulationsverfahren auf Basis der IQ-Modulation sind, ist die Implementierung von OFDM im Wesentlichen die Überlagerung der IQ-Modulation auf mehreren orthogonalen Subträgern.
Die Begriffe I und Q in der IQ-Modulation entsprechen den Abkürzungen zweier englischer Wörter: In Phase bzw. Quadrature. Wörtlich genommen sind die Namen von I- und Q-Signalen bedeutungslos. Was ist In-Phase? Was ist Orthogonalität? Welches Signal dient als Referenz zur Bestimmung der In-Phaseund Quadratur? In der Praxis werden üblicherweise Cosinus- und Sinuswellen gleicher Frequenz als I- und Q-Signale verwendet. Daher ist das als I-Signal verwendete Cosinussignal das Referenzsignal, das selbstverständlich ein In-Phase-Signal ist. Das Cosinussignal, das um 90 Grad phasenverschoben zum I-Signal ist, ist natürlich dessen Quadratursignal. Das einfachste Verständnis von IQ-Modulationssignalen besteht daher darin, das I-Signal als Cosinus-Trägersignal und das Q-Signal als Sinus-Trägersignal mit einer Frequenzdifferenz von 90 Grad zum I-Signal zu betrachten.

Bei der sogenannten IQ-Modulation werden I-Signale (Cosinussignale) und Q-Signale (Sinussignale mit einer Phasendifferenz von 90 Grad und orthogonal zueinander) mit gleicher Frequenz als Träger verwendet, um zwei Basisbandsignale gleichzeitig auf die beiden Träger zu modulieren. Anschließend werden die beiden modulierten Signale überlagert und über eine HF-Schaltung übertragen. Nach dem Empfang des Hochfrequenzsignals führt die Empfangsseite Folgendes aus:IQ-Demodulation. Während der IQ-Demodulation können die beiden Basisbandsignale, da die beiden Träger zueinander orthogonal sind, basierend auf den im vorherigen Modulationsprozess verwendeten I- und Q-Trägersignalen aus dem Mischsignal getrennt und separat demoduliert werden. Bei den mit IQ modulierten I- und Q-Signalen erhöht eine Erhöhung der relativen Amplitude einer Seite nicht nur die Amplitude des modulierten Signals, sondern bewirkt auch eine Phasenverschiebung des modulierten Signals zur Seite mit erhöhter Amplitude. Im Wesentlichen ist die IQ-Modulation also eine Amplitudenmodulation des I-Signals und des Q-Signals, aber das Modulationsergebnis beeinflusst nicht nur die Amplitude des modulierten Signals, sondern auch dessen Phasenänderung. Dies ist das grundlegende Funktionsprinzip der IQ-Modulation und -Demodulation.